Page 100 - 《应用声学》2022年第6期

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低，尽管点声源近似的精度升高，但是低频噪声的
4 应用条件与局限性分析
衰减较慢，测点声场受到换流站内其他大型设备强
低频辐射噪声的污染影响较大。本文实验场景中测
4.1 应用条件
点与场源的最小距离为 4 m，场源最大声学尺寸约
在工程应用中，一个重要的问题是测点与场源
为2 m，在近远场临界距离的约束下，上限频率约为
(即电抗器、电容器单元) 满足怎样的关系时才能保
1360 Hz (声速取340 m/s)。考虑到交流滤波器组周
证反演方法的正确性。本文中声功率反演的准确性
围存在大型变压器，500 Hz 以下的低频辐射噪声较
主要取决于所建立的等效声学模型对声源实际辐
强，因此下限频率可取 500 Hz。文献 [2] 指出，电容
射特性的逼近程度。两者的逼近程度越好，则反演
器单元的主要发声频率为 100 Hz、500 Hz、600 Hz、
方法给出的声压系数估计值越准确，由此计算得到
700 Hz、1100 Hz、1200 Hz、1300 Hz。本文方法基
声功率自然越准确。
本上覆盖了绝大部分频点。此外，本文没有考虑电
测点与场源距离。由于采用了点声源模型对场
容器和电抗器单元的辐射指向性，也没有考虑围栏、
源进行近似，测点与场源之间距离至少需满足远场
支撑结构引起复杂声学衍射。
条件，才能保证点声源能够较好地模拟场源的声辐
射特性。如果测点处于场源的近场区域，声场的幅 5 结论
度和相位随距离的变化较为剧烈，此时点声源模型
无法模拟这种剧烈的变化，不再适用。以无限大障 本文以几何声学理论为基础，结合交流滤波器
板上圆形活塞辐射声场为例，其近场和远场的临界 场主要噪声源 (电抗器与电容器塔) 的声学特性，建
距离为 a /λ，其中 a 表示活塞半径，λ 表示声波波 立了交流滤波器场相干声场模型，并提出了声源参
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长。该条件同样适用于一般的辐射声源，此时可取 数的反演方法。仿真实验验证了反演方法的有效
a为最大尺寸的 1/2。500 Hz 时，电容器单元的最大 性。将该方法应用于驻马店±800 kV换流站内交流
声学尺寸以 1 m 计，对应的临界距离约为 0.4 m；电 滤波器组的实测噪声数据，结果表明该方法可实现
抗器最大声学尺寸以 2 m 计，对应的近远场临界距 对相干声源的声压系数的有效反演。
离约为 1.5 m。实验中的测点与场源之间最小距离 该方法直接反演的是电容器塔和电抗器等效
为4 m，符合远场条件，可使用点声源来模拟此时的 声源的声压系数，在此基础上进一步使用等效声源
辐射特性。 的声功率计算模型实现对声功率的间接反演，反演
测点数量。为了保证反演逆问题可解，测点数 结果的精度依赖于等效声源模型的准确程度。对于
量的最低要求是不能小于反演参数的个数。例如， 工程应用而言，更关注的是噪声量级的整体分布情
文中仿真部分对 5 个参数进行反演，则测点数量不 况，而无需获得过于精细的结果，因此对于模型的精
应低于 5 个。在实际中，由于系统噪声、测量误差、 度要求可适当放宽。本文采用了较为简单的点声源
模型来近似电抗器和电容器单元，与交流滤波器场
模型误差等诸多因素的影响，仅使用最低数量的测
点往往无法获得可靠的反演结果。从经验的角度而 实际的声辐射特性难免存在差异。这种差异的存在
使得在反演过程中不宜使用绝对量级来衡量模型
言，测量数量越多越好，且测点的位置分布尽可能多
地采样声场空间分布。 预测声场和实测声场的接近程度，因此本文使用了
相关系数为衡量标准，由此得到的反演结果与实验
测试条件。测试对象应尽可能远离其他强噪声
数据展现出较好的一致性。
源。此外，测量期间内，设备的运行工况应保持恒定。
在接下来的研究中，可将电抗器和电容器单元
4.2 局限性分析
的辐射指向性考虑在内，进一步提高声场建模的准
由于采用了点声源近似，且换流站内测量空间 确度，并研究衡量模型预测声场和实测声场接近程
受限，本文方法仅适用于中频段，具体频段受电容器 度的不同标准对反演结果的影响，以进一步提高反
单元以及电抗器具体尺寸、测点距离以及变电站实 演结果的准确度。
际环境的多重限制。随着频率的升高，波长越来越
参 考 文 献
短，当波长小于噪声源设备时，点声源近似误差逐渐
[1] 汲胜昌, 李金宇, 伍小生, 等. 换流站交流滤波电容器振动与
增大。波长减小也会导致近远场临界距离变大，现
噪声研究综述 [J]. 高电压技术, 2016, 42(4): 1159–1167.
场条件不一定满足测点的测量条件。随着频率的降 Ji Shengchang, Li Jinyu, Wu Xiaosheng, et al. Review of